Separación trifásica mejorada por ultrasonidos

• La partición en tres fases (TPP) es una técnica para extraer, separar y purificar componentes, por ejemplo lípidos, enzimas, polisacáridos y otras biomoléculas, a partir de material biológico.
• La partición trifásica asistida por ultrasonidos supera a la partición trifásica convencional por su mayor rendimiento, pureza mejorada y velocidad excepcional.
• La partición trifásica por ultrasonidos es aplicable a volúmenes pequeños y grandes y puede escalarse fácilmente a la producción industrial.

Particionamiento trifásico por ultrasonidos

Partición trifásica

El particionamiento en tres fases (TPP) es un proceso sencillo y eficaz de un solo paso para la separación, purificación y concentración de biomoléculas como enzimas, lípidos, polisacáridos, etc. a partir de mezclas complejas.
El TPP se realiza mediante la adición secuencial de una cantidad suficiente de sal (normalmente sulfato de amonio) y un disolvente orgánico (principalmente t-butanol/tert-butanol). Se utilizan sales como el sulfato de amonio a cierta saturación para precipitar la proteína. Se utiliza un disolvente orgánico como t-se añade butanol para formar capas trifásicas y eliminar compuestos de bajo peso molecular como lípidos, fenoles y algunos detergentes. Dado que t-el butanol tiene un punto de ebullición elevado, pero es menos inflamable que el etanol y el metanol, t-el butanol es el disolvente preferido para el TPP.
Tras el tratamiento del extracto crudo y la decantación, la mezcla se separa en tres fases distintas: el disolvente superior (t-butanol) contiene compuestos no polares, que se separan de la fase acuosa inferior (que contiene compuestos polares) mediante un precipitado proteínico interfacial. Las proteínas deseadas se particionan selectivamente a una fase y otras proteínas contaminantes a la otra fase. Esto provoca la purificación parcial y la concentración de la proteína. El proceso de extracción es una amalgama de kosmotropic, salting out, cosolvente isotónico y precipitación osmolítica de proteínas.

Separación trifásica mejorada por ultrasonidos

La sonicación intensifica significativamente el proceso de TPP. El particionamiento trifásico asistido por ultrasonidos se aplica con éxito para la separación y purificación de biomoléculas. Se ha aislado una amplia gama de biomoléculas de forma más eficaz y en menos tiempo. Por ejemplo, enzimas de plantas (como la bromelina, la papaína, la invertasa, la polifenoloxidasa y los inhibidores de la tripsina), animales (como la tripsina, la α-quimotripsina, la quimosina, la pepsina y la luciferasa) y microbios (como la lipasa, la α-quimotripsina y la luciferasa).g. lipasa, α-amilasa, α-galactosidasa, serratiopeptidasa, ciclodextrina glicosiltransferasa y enzimas fibrinolíticas). Otra ventaja de la partición trifásica por ultrasonidos es la mayor actividad de varias enzimas, lo que se traduce en rendimientos aparentemente más elevados (de aproximadamente un 100%), ya que la enzima o proteína en cuestión precipita en la capa intermedia entre las fases orgánica y acuosa.
La separación trifásica por ultrasonidos puede utilizarse eficazmente con muestras brutas y puede ampliarse fácilmente.

Ejemplos de separación trifásica por ultrasonidos (US-TPP)

TPP ultrasónico para la extracción de astaxantina

Para la extracción de astaxantina (AX), el tratamiento combinado de TPP y sonicación con el sonicador UP400S de Hielscher no sólo es una técnica sencilla y fácilmente aplicable, sino también muy eficaz para aislar AX de la biomasa bacteriana de Paracoccus NBRC 101723. Las variables operativas de la sonicación pueden optimizarse para obtener resultados de extracción óptimos. Los parámetros de procesamiento ultrasónico, tales como amplitud, tiempo, temperatura y recipiente de extracción (tamaño, forma), así como el tamaño de partícula de la biomasa, afectan significativamente a la liberación ultrasónica de AX de la biomasa. La ultrasonicación de biomasa húmeda da mejores resultados que la TPP ultrasónica de biomasa seca para una extracción rápida y eficaz de AX. La TPP ultrasónica da como resultado una recuperación de AX un 37% mayor que la extracción convencional con disolventes. (cf. Chougle et al. 2013)

TPP ultrasónico para la separación de andrographolide de Andrographis paniculata

El andrografolide es un diterpenoide labdano, valorado por sus elevados efectos antiinflamatorios, antioxidantes, hepatoprotectores, anticancerígenos y antidiabéticos. Estudios comparativos demuestran que el TPP ultrasónico no sólo aumenta el rendimiento de andrografólido, sino que también mejora la actividad antioxidante en comparación con el TPP convencional.

Sonómetros de alto rendimiento para partición trifásica

Hielscher Ultrasonics está especializada en el diseño y la fabricación de sistemas ultrasónicos de alta potencia para la extracción, así como para muchos otros procesos.
Nuestra gama de productos abarca desde pequeños y potentes sonicadores de laboratorio hasta robustos homogeneizadores de sobremesa y sistemas de ultrasonidos industriales de alto rendimiento. Los múltiples accesorios permiten la adaptación ideal del sistema de ultrasonidos a los requisitos específicos de su proceso. Todos los sonicadores Hielscher están construidos para un funcionamiento 24/7 a plena carga.
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Literatura/Referencias

• Chougle, J.A: et al. (2013): Ultrasound assisted three phase partitioning (UATPP): Una novedosa técnica desarrollada para la extracción de astaxantina de Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Conferencia anual Universidad de Saskatchewan, Saskatoon, 7-10 de julio de 2013.
• Ketnawa, S. et al (2017): Partición de fases para la separación de enzimas: Una visión general y aplicaciones recientes. Revista internacional de investigación alimentaria 24(1), 2017. 1-24.
• Varakumar, S. et al. (2017): Extracción mejorada de oleorresina de polvo de rizoma de jengibre (Zingiber officinale) utilizando partición trifásica asistida por enzimas. Food Chemistry 216, 2017. 27-36.
• Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasonido sinergizado con partición trifásica para la extracción y separación de polisacáridos de Corbicula fluminea y posibles mecanismos relevantes. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128-134.